大型铸钢件材质疏松类缺欠焊补工艺研究

陈得润，李阳(共享铸钢有限公司，宁夏银川 750021）



大型铸钢件材质疏松类缺欠焊补工艺研究

陈得润，李阳
(共享铸钢有限公司，宁夏银川 750021）

摘要：根据铸钢件材质疏松类缺欠的特点，分析焊接返修过程中产生的难点，针对性提出材质疏松类缺欠的焊接修补工艺，通过制定合理的焊接返修方案，并严格按照焊接工艺要求进行操作，及时合理进行焊后热处理，经验证结果表明，该铸件的焊接修补工艺达到技术要求，较同类铸件相比平均焊接次数降低30%，合格率提升约50%。

关键词：铸钢件；材质疏松；缺欠；焊接

稿件编号:1512-1147

0 前言

近些年来，随着国家工业迅猛发展，生产规模的日益扩大，国家重点行业中对大型铸钢件的需求越来越大，单个部件质量越来越大，对产品的铸件质量要求也越来越高。然而大型铸件的质量在很大程度上取决于液态金属的质量和铸造工艺方案的制定、贯彻和执行。

在《我国铸造产品存在三大问题》一文中提到：“大型铸件偏析和夹杂物缺陷严重。大型铸钢件和大型钢锭在凝固结束后,在冒口根部、铸件的厚大断面存在宏观偏析、晶粒粗大问题”（备注：本文将宏观偏析、晶粒粗大周边部分统称为“材质疏松”类缺欠）。这类问题在铸件的厚大断面处尤为严重，通过制定合理的焊补措施使之修复，达到使用性能，是很有意义的。

1 材质疏松的特点

材质疏松是铸件凝固缓慢的区域因微观补缩通道堵塞而在枝晶间及枝晶的晶界间形成的细小空洞，其产生于铸造凝固过程中，是在铸件内部形成的一条晶粒较为粗大、并伴随非金属夹杂物的缺欠带（材质疏松类缺欠详见图1、图2），常伴随缩松、条状缺陷等形式被检测出来，由于这种缺欠属于微观组织差异，通常采用外观检查（VT）、磁粉检测(MT)等方法都无法检测出来。

该类缺欠是在缺陷处理时未能完全被去除的部分，其产生的部位一般位于缩松缺陷、条状缺陷根部或其两侧。

2 技术难点分析

图1 材质疏松类缺欠放大图

图2 材质疏松类缺欠放大图

由于材质疏松类缺欠属于微观组织差异引起的，不属于通常意义上的缺陷，因此通过挖缺方法无法确保这些缺欠能被完全挖除干净。由于材质疏松，即材质密度比较差，如果焊接顺序不正确、工艺不合理或工艺执行不到位，将导致焊接内应力增加，会对材质疏松部位产生破坏，当达到材质疏松部位所能承受的极限强度后就会在该疏松部位产生局部开裂现象，进而产生裂纹缺陷，影响焊接返修质量。

3 焊接修补工艺

对于此类缺陷，焊接最大的难点在于如何防止产生足够的拉应力导致层状撕裂情况的产生。对此，采用如下修补方案：

3.1 焊接坡口形式

为减少材质疏松部位应力集中，缺陷挖除时应将铸件缺陷内表面处理成圆滑的U型坡口，当出现尖棱尖角时应修磨棱角。同时在保证顺利运条及确保熔渣上浮的前提下，控制坡口宽深比，目的在于减少母材金属熔入到焊缝金属的比例，降低焊缝中的含碳量，以减少熔合比。

3.2 焊前准备

一般情况下，材质疏松部位存在大量低熔点相的杂质合金元素，该部位淬硬及焊接裂纹敏感倾向都很大，在焊补前经数次碳弧气刨，内部残留应力较大，为降低焊接前焊接区应力，应在缺陷焊接前对铸件进行一次回火处理或通过提高预热温度、延长持续保温时间的方法释放应力，然后再对缺陷表面及缺陷周边的油污、铁锈及其它杂质进行清理。

3.3 焊材使用前烘干

选用低氢性焊接材料，并在施焊前焊材要求在300～350 ℃度的条件下烘干2 h，按量领用，在使用过程中必须用密封保温的保温桶进行保温，防止焊条再次受潮，以尽量减少焊材中的氢含量。

3.4 焊接操作要求

3.4.1 提高预热温度

采用天然气对缺陷边缘进行预热，要求预热温度高于焊接工艺温度的30~50 ℃。达到预热温度后预热保持2 h以上，确保焊接区域与周边区域温度均匀。保证焊接过程中缺陷周边200 mm范围内达到预热要求，并尽可能一次性焊接完，减少中间停滞以保持最低预热温度。

3.4.2 选用合适的焊接顺序及工艺参数

将缺陷置于水平位置或爬坡位置焊接，采用直径为φ3.2 mm或φ4.0 mm的小规格焊条[1]，手工焊单道不摆动,采用连弧焊打底，并保证一道焊缝焊接不间断，尽可能的一次完成。

缺陷焊接时先将缺陷最底层焊平，然后采用手工电弧焊至少打底三层，每层焊接完成后及时清渣，并对焊接过程中产生的大颗粒飞溅物、凹凸焊接部位、死角及坡口两侧进行打磨[2]。打底焊接时在确保良好融合性的情况下采用较小焊接电流，焊接电流参数对照表1。

连弧焊打底三层后采用多层多道焊，可使用气体保护焊等其他焊接方法进行分道焊接，焊接摆动宽度≤30 mm，且焊接过程始终确保圆滑过渡，避免应力集中导致开裂。

采用风铲锤击方式消除焊接应力，要求除第一层和最后一层外其余每层焊接完成后及时锤击。

表1 焊接电流参数对照表

3.4.3 增加过程消应力热处理次数

缺陷深度较大时分多次焊接完成，且每次焊接深度不超过50 mm，并在焊接完成后要求及时进炉进行焊后热处理，出炉冷却后对缺陷进行修磨检测，以保证各阶段及时消除焊接应力的同时焊接部分满足无损检测要求。

3.5 焊后热处理要求

每次焊接完成后8 h内必须进炉进行焊后消应力，进炉前要求炉温不得低于200 ℃，并将冷却速度控制在每小时降低110 ℃以内。

4 结论

通过实际验证上述焊接工艺执行情况后，较同类铸件相比平均焊接次数降低30%，合格率提升约50%，缺陷一次焊补合格率达到95%以上，证实了该工艺控制裂纹产生的措施是有效的，工艺具有较好的可行性，这为今后类似缩松缺陷铸件的材质疏松类缺欠的焊补提供了很好的借鉴。

参考文献

[1] 张文钺.焊接物理冶金[M].天津:天津大学出版社,1991.

[2] 徐云祥,马进.提高ZG15Cr2Mo1铸钢件大缺陷焊补合格率的方法探讨[J].中国铸造装备与技术, 2013(3):4-7.

Research on repair process of loose material type welding defect of large steel casting

CHENG DeRun，Li Yang
(Kocel Steel Foundry Co.,Ltd., Yinchuan 750021, Ningxia,China)

Abstract：This paper according to the characteristics of steel castings of loose material defect and analysis welding rework process diffi culty, puts forward the loose material defect in the welding repair technology, through the development of reasonable welding repair project, and strictly according to welding procedure requirements for operation, timely and reasonable welding post heat treatment, the results show that：the casting welding repair process to meet the technical requirements of, compared with the same kind of casting compared to the average number of welds is reduced by 30%, qualifi ed rate increased about 50%。

Keywords：steel casting；loose material；defect；weld

中图分类号：TG260；

文献标识码：A；

文章编号:1006-9658（2016）03-0043-02

DOI：10.3969/j.issn.1006-9658.2016.03.013

收稿日期:2015-12-03

作者简介：陈得润（1979—），男，工程师,从事铸造工艺的研究与开发.